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2019.05.09 SiC功率元件
本文匯總了SiC的物理特性、SiC-SBD（蕭特基二極體）、SiC-MOSFET、全SiC功率模組的關鍵要點作為最後的總結篇。
＜何謂SiC（碳化矽）？＞
・SiC的物理特性適用於功率元件。
・與Si半導體相比,具有更優異的降低損耗和能在高溫度環境下工作的特性。
・開發SiC是能源問題的一大解決方案。
・SiC具有降低損耗、實現小型化的巨大優勢。
＜SiC蕭特基二極體＞
・SiC-SBD的特長是擁有優異的高速性且實現了高耐壓。
・與高耐壓Si-PN二極體相比，反向恢復時間等高速性優異，可實現更低損耗和小型化。
・SiC-SBD與Si-PND（FRD）相比，trr高速且反向恢復電流也顯著減少，因此損耗也小。
・SiC-SBD的反向恢復特性（trr和反向恢復電流）基本上沒有溫度依賴性。
・SiC-SBD的VF隨著溫度升高而上升，但Si-PND（FRD）的VF是下降的。
・高溫下SiC-SBD的VF上升會使IFSM下降，但不會像VF下降的Si-PND（FRD）那樣發生熱失控。
・第2代SiC-SBD可以說是目前情況下降低VF、最有助於降低損耗的功率二極體。
・ROHM SiC-SBD已經發展到第3代。
・第3代產品的抗突波電流特性與漏電流特性得到改善，並進一步降低了第2代達成的低VF。
・trr速度快，因此可大幅減少恢復損耗，從而可實現高效率。
・同樣的原因，反向電流小，因此雜訊小，可減少抗雜訊/浪湧的對策零件，從而實現小型化。
・高頻工作有助於實現電感等週邊零件的小型化。
・ROHM針對SiC-SBD的可靠性，針對標準的半導體元件，根據標準進行試驗與評估。
＜何謂SiC-MOSFET＞
・SiC-MOSFET相對於Si-MOSFET和IGBT，更有助於降低應用的損耗和實現應用的小型化。
・功率電晶體的特長因材料和結構而異。
・在特性方面各有優缺點，但SiC-MOSFET在整體上具有優異的特性。
・為使SiC-MOSFET獲得低啟動阻抗，Vgs需要在18V前後，要比Si-MOSFET高。
・SiC-MOSFET的內部閘極電阻比Si-MOSFET大，因此外接Rg較小，但需要權衡突波保護。
・SiC-MOSFET在Vd-Id特性方面，導通阻抗特性的變化呈線性，因此在低電流範圍優於IGBT。
・SiC-MOSFET的開關損耗遠低於IGBT。
・SiC-MOSFET BodyDiode的正向特性Vf比Si-MOSFET大。
・SiC-MOSFET BodyDiode的trr更高速，與Si-MOSFET相比可大幅降低恢復損耗。
▶何謂SiC-MOSFET－溝槽結構SiC-MOSFET與實際產品
・ROHM已實現採用獨有雙溝槽結構的SiC-MOSFET的量產。
・溝槽結構的SiC-MOSFET與DMOS結構的產品相比，啟動阻抗降低約50%，輸入電容降低約35%。
・通過SiC-MOSFET的應用實例，思考SiC-MOSFET的有效性。
・ROHM的SiC-MOSFET與已經普及的Si-MOSFET具有同等可靠性。
＜全SiC功率模組＞
・全SiC功率模組由ROHM自主生產的SiC-MOSFET和SiC-SBD組成。
・與傳統的Si-IGBT功率模組相比，“全SiC”功率模組可高速開關並可大幅降低損耗。
・全SiC功率模組正在不斷進化，最新產品搭載了最新的第三代SiC-MOSFET。
・與IGBT模組相比，全SiC功率模組的開關損耗大大降低。
・尤其是開關頻率越高，其損耗差越大。
・SiC功率模組可以大幅降低損耗並同時實現高速開關。
・“閘極誤導通”是全SiC功率模組的閘極驅動需要探討的事項之一。
・閘極誤導通是由高側開關導通時的dV/dt速度快、及低側閘極寄生電容和閘極阻抗引起的。
・“閘極誤導通”的抑制方法有三種：①使關斷時的Vgs為負電壓，②增加外接CGS，③增加米勒鉗位MOSFET。
・通過優化全SiC功率模組的閘極驅動，可實現更低損耗的乾淨動作。
・要發揮高速開關性能優勢，需要極力抑制電氣佈線的寄生電感。
・靠近電源引腳連接電容器，可降低佈線電感。
▶應用要點： 專用閘極驅動器和緩衝(Snubber)模組的效果
・使用專用閘極驅動器和緩衝模組，可顯著抑制浪湧和振鈴。
・在損耗方面，Eon增加，Eoff減少。若以總損耗（Eon + Eoff）來比較，損耗是減少的。
・ROHM提供包括全SiC模組損耗類比器在內的支援工具。
・支援工具有助於全SiC模組的選型和初期檢討。
